如何像编代码一样做育种?看完就知道!

来源: 孟山都公司

热门科技 “基因编辑”如何改变农业?

虽然现在科技发展的脚步走得越来越快,但真正称得上“颠覆性”科技的却屈指可数,不过今天要说的可是一项被英国广播公司(BBC)称为能够改变未来的技术[1]、一位真正配得上颠覆者称号的科技大咖,它就是基因编辑技术。自从1970年代人们开始有能力改变动植物基因以来,改变基因这项工作就一向以耗时耗力而著称,一些基因的改良甚至需要好几年的时间才能够完成。不过现在,以CRISPR为首的基因编辑技术让改良基因变得更快、更准。

CRISPR基因编辑技术

什么是CRISPR基因编辑技术?

CRISPR(Clustered regularly interspaced short palindromic repeats),被称为规律成簇间隔短回文重复,实际上就是一种基因编辑技术,是细菌用以保护自身对抗病毒的一个天然存在的系统。这类基因编辑技术使用范围非常广,可以用来删除、添加、激活或抑制各式各类生物体的目标基因,就如同编写代码一样灵活方便。在2014年《科学》杂志的一篇文章中,这项技术的发明者Doudna和Charpentier勾勒出该技术美好的前景:“这项技术使得基因改造不再成为实验中的瓶颈,为生物学基础研究铺平道路,并可应用到各类不同的生物技术上。”[2]

一切要从“蘑菇”说起

对于农业来说,基因编辑技术的兴起为培育新品种带来了更多的可能性。对于一些农作物来说,抗旱、抗虫、抗病等特性不再是遥不可及的梦想;对于另外一些作物,基因编辑技术能够使它们更好地适应消费者的需求。

利用CRISPR技术进行基因组编辑的双孢菇,可以抗褐变。

这不,美国宾夕法尼亚州立大学伯克分校的植物病理学家杨亦农教授就利用基因编辑技术培育出一款不会变褐的蘑菇。他带领的团队利用CRISPR技术对双孢菇(一种常见的食用菇)进行了基因组编辑,使其抗褐变。这样的蘑菇更宜于消费者储存,因此可以减少因蘑菇变色而带来的浪费。2016年4月,这种蘑菇成为了美国第一个被批准上市的基因编辑农产品。美国农业部认为杨教授的蘑菇并没有触发监管程序,因为它并不含有外源DNA[3]。

业界青睐

随着基因编辑育种的发展,跨国农业公司自然不会缺席。2016年6月,孟山都公司分别与TargetGene Biotechnologies 公司和Nomad Bioscience GmbH达成授权协议。根据协议,孟山都将与两家公司展开合作,共同开展基因编辑研究项目。这些技术能提高编辑性状的开发效率,并可广泛用于各类基因编辑技术和项目,有望进一步促进优良农产品的开发。

Nomad的创始人兼首席执行官Yuri Gleba博士表示:“我们的方法大大提高了基因编辑的效率以及性状商业化的速度,这有助于提升潜在产品的开发速度和规模。”

都在做基因编辑,怎样才能出人头地?

基因编辑是眼前最具前景的育种技术之一,但它还要与其他育种技术相辅相成,才能达到最佳效果。在其他育种技术中,自动化的机械和决策软件等数字技术是孟山都的秘诀所在[4]。

这些数字技术的代表之作便是由孟山都工程师们亲手设计的种子切片机。这种技术全球仅此一家,它能在保护种子功能完整的同时获取其遗传信息。切片机通过排列和转动动作,能够从一粒种子上取出一小部分组织并交由育种家们来分析。如果这粒种子中拥有理想的性状,那么育种家们就会继续培育这粒仍旧完好的种子,并通过它来繁殖出更多相同的品种。与传统技术相比,切片机等一系列技术能够将产量等一些重要的性状的改良速度加快一倍[5]。

通过将这样的数字技术与基因编辑技术相结合,孟山都能够更快的将拥有最佳种质资源、性状、和表现的作物种子交付给农民们。

参考资料:

[1] Walsh, Gene editing technique could transform future, www.bbc.com, http://www.bbc.com/news/health-36439260

[2] Doudna et al, The new frontier of genome engineering with CRISPR-Cas9, Science 28 Nov 2014

[3] 《自然》:CRISPR编辑的蘑菇也不用监管了, 基因农业网, 04/15/2016

[4] 孟山都公司,http://connection.monsanto.com/monsantonews/Pages/Replacing-Dirt-with-Data-Points-A-Journey-of-Digital-Transformation-in-Molecular-Breeding.aspx

[5] 孟山都公司,http://www.monsanto.com/products/pages/breeding.aspx

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